文章标题：Injectable Nanorobot-Hydrogel Superstructure for Hemostasis and Anticancer Therapy of Spinal Metastasis
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手术仍然是治疗脊柱转移性肿瘤的标准方法。然而，术中难以控制的出血对充分的手术切除构成重大挑战，并影响手术效果。在这项研究中，我们通过将纳米机器人整合到再生丝素蛋白纳米纤维水凝胶中，开发了一种载有凝血酶(Thr)的纳米机器人-水凝胶混合超结构。这种具有优异触变性能的超结构在脊柱手术前经皮注射并分散到易出血的肝细胞癌(HCC)脊柱转移瘤中。在近红外辐照下，自驱动纳米机器人渗透到脊柱肿瘤深处，以可控方式释放Thr。Thr诱导的血栓形成有效阻断了肿瘤血管并减少出血，抑制肿瘤生长和术后复发，同时辅以金纳米棒介导的光热治疗。我们的微创治疗平台为HCC脊柱转移瘤提供了一种新颖的术前治疗策略，有效控制术中出血和肿瘤生长，有望降低手术并发症并提高手术效果。
Nanorobot/Thr/RSF 纳米纤维水凝胶在治疗肝癌脊柱转移中的作用机制。a 纳米机器人的超级组装、RSF 纳米纤维溶液的制备以及 Nanorobots/Thr/RSF 纳米纤维水凝胶。b Nanorobot/Thr/RSF 纳米纤维水凝胶用于减少肝癌脊柱转移术中出血、提供饥饿栓塞治疗以及预防肝癌脊柱转移术后复发AuNR-Silica 纳米机器人的制造和特性。a 合成纳米蝌蚪的低分辨率 TEM 图像。b 放大的 TEM 图像显示单个纳米蝌蚪。c 纳米蝌蚪的 SEM 图像。d 纳米蝌蚪的元素映射。e 通过 TEM 确定的纳米蝌蚪的身体长度分布和尾部开口直径（分析了 200 个纳米粒子）。f 从纳米蝌蚪的水悬浮液中记录的 UV-vis-NIR 光谱。g 在不同功率密度下 980 nm 激光辐照 10 分钟后，水溶液中的纳米蝌蚪的光热效应。h-i 用不同 NIR 功率密度照射的 PCM/纳米机器人的轨迹和均方位移 (MSD)。j 平均扩散系数 (D) 值。实验数据表示为平均值±标准差 (n = 5)创新点：
1. 开发了一种新型的纳米机器人-水凝胶混合超结构，将纳米技术与生物材料相结合。
2. 利用触变性能实现了经皮注射给药，提高了治疗的精准性和微创性。
3. 结合了止血、抗肿瘤和光热治疗多重功能，实现了综合治疗效果。
4. 针对脊柱转移性肿瘤这一特殊领域，提出了创新的术前治疗策略。
5. 实现了纳米机器人在肿瘤深处的可控释药，提高了治疗效果。
RSF 纳米纤维溶液的表征。a 通过超声波快速制备 RSF 纳米纤维溶液的示意图。b 不同超声时间下 RSF 纳米纤维溶液的 SEM 图像。c 不同超声时间下 RSF 纳米纤维溶液的 Cryo-SEM 图像。d 不同超声时间下 RSF 纳米纤维溶液的 FTIR 光谱。e 不同超声时间下 RSF 纳米纤维溶液的二级结构含量。f 不同超声时间下 RSF 纳米纤维溶液在 1600–1700 cm-1 范围内的 β 片层含量的拟合单峰可注射 RSF 和 Nanorobot/RSF 纳米原纤维水凝胶的特征和机械性能。a RSF（含或不含 HRP 和 H2O2）纳米原纤维水凝胶的图像。b RSF（含或不含 HRP 和 H2O2）纳米原纤维水凝胶的低温 SEM 图像。c AuNR-Silica NP/RSF 纳米原纤维水凝胶的 C、O、Au 和 Si 的 SEM 图像。比例尺，20 μm。d RSF（含或不含 HRP 和 H2O2）纳米原纤维水凝胶的 FTIR 光谱。e–h RSF 和 AuNR-Silica NP/RSF 纳米原纤维水凝胶的应变扫描、频率扫描、剪切恢复测试和粘度测量。i 注射后 RSF 纳米原纤维水凝胶的“S”形。 j RSF 和 AuNR-Silica NP/RSF 纳米原纤维水凝胶在蛋白酶 XIV 中降解 7 天。数据以平均值±标准差表示。统计分析采用双尾学生 t 检验 (n = 3 次重复；**P < 0.05, ***P < 0.001, ****P < 0.0001)。k 激光照射下 Nanorobot/Thr/RSF 纳米原纤维水凝胶的 Thr 释放。数据以平均值±标准差表示。统计分析采用双尾学生 t 检验 (n = 3 次重复；**P < 0.05, ***P < 0.001, ****P < 0.0001)对科研工作的启发：
1. 跨学科融合的重要性，如纳米技术、材料科学和医学的结合。
2. 针对临床具体问题设计解决方案的思路。
3. 多功能集成系统的开发潜力。
4. 智能响应和可控释放在纳米医学中的应用前景。
5. 术前治疗在改善手术效果方面的潜在价值。
AuNR-Silica NP/Thr/RSF 纳米纤维可注射水凝胶的体外生物相容性。与 AuNR-Silica NP/Thr 共培养的肿瘤细胞 (MHCC-97H、786-O 和 FTC-133) 的 CCK8 检测。数据以平均值±标准差表示。 b 与 AuNR-Silica NP/Thr/RSF 纳米原纤维水凝胶共培养的肿瘤细胞（MHCC-97H、786-O 和 FTC-133）的 CCK8 测定（AuNR-Silica NP/Thr/RSF-1 代表 AuNR-Silica NP/Thr 浓度为 50 μg mL−1，AuNR-Silica NP/Thr/RSF-2 代表 AuNR-Silica NP/Thr 浓度为 100 μg mL−1，AuNR-Silica NP/Thr/RSF-3 代表 AuNR-Silica NP/Thr 浓度为 200 μg mL−1）。 c 用 RSF 纳米纤维水凝胶和 AuNR-Silica NP/Thr/RSF 纳米纤维水凝胶处理的肿瘤细胞（MHCC-97H、786-O 和 FTC-133）的活/死染色（活细胞发绿色荧光，死细胞发红色荧光。AuNR-Silica NP/Thr/RSF-1 代表 AuNR-Silica NP/Thr 浓度为 50 μg mL-1，AuNR-Silica NP/Thr/RSF-2 代表 AuNR-Silica NP/Thr 浓度为 100 μg mL-1，AuNR-Silica NP/Thr/RSF-3 代表 AuNR-Silica NP/Thr 浓度为 200 μg mL-1）。比例尺，200 μm。d 活/死染色的细胞计数分析。数据以平均值±s.d 表示。使用双尾学生 t 检验 (n = 3 次重复) 进行统计分析使用 Nanorobot/Thr/RSF 纳米原纤维水凝胶对肝癌脊柱转移瘤进行体内止血和术中出血。a 裸鼠断尾模型示意图。b 不同治疗组尾部出血照片。c 跨尾截尾后不同治疗组的失血量和止血时间。数据以平均值±s.d 表示。使用双尾 Student's t 检验进行统计分析（n=3 次重复；**P<0.05，***P<0.001，****P<0.0001）。d 裸鼠肝切除模型示意图。e 肝切除后不同治疗组的出血照片。f 跨肝切除后不同治疗组的失血量和止血时间。数据以平均值±s.d 表示。统计分析采用双尾学生 t 检验（n = 3 次重复；**P < 0.05，***P < 0.001，****P < 0.0001）。g HCC 脊柱转移裸鼠切除模型示意图。h HCC 脊柱转移手术中不同治疗组出血照片。i HCC 脊柱转移手术中不同治疗组的失血量。数据以平均值±s.d 表示。统计分析采用双尾学生 t 检验（n = 3 次重复；**P < 0.05，***P < 0.001，****P < 0.0001）。j HCC 脊柱转移中 CD41 和 HIF-1α 的免疫荧光分析。比例尺，40 μm。 k Nanorobot/Cy5.5/RSF 纳米纤维水凝胶和 AuNR-Silica NP/Cy5.5/RSF 纳米纤维水凝胶在 HCC 脊柱转移区域内的渗透深度。比例尺，150 μm。l Nanorobot/Cy5.5/RSF 纳米纤维水凝胶和 AuNR-Silica NP/Cy5.5/RSF 纳米纤维水凝胶在 HCC 脊柱转移中的 3D 荧光分布思路延伸：
1. 探索其他类型的生物材料与纳米机器人的结合可能性。
2. 研究该系统在其他类型转移性肿瘤中的应用。
3. 开发更多功能的纳米机器人，如携带多种药物或诊断试剂。
4. 结合人工智能技术，实现更精准的给药控制和疗效预测。
5. 探索该系统在其他需要精准给药的疾病治疗中的应用。
6. 研究纳米机器人-水凝胶系统的长期生物相容性和安全性。
7. 开发可降解或可代谢的纳米机器人，减少长期留存的潜在风险。
Nanorobot/Thr/RSF 纳米原纤维水凝胶治疗肝癌脊柱转移的疗效。a 肝癌脊柱转移裸鼠不同治疗方法的时间表。b 不同时间点不同治疗方法的肝癌脊柱转移裸鼠体内成像。c 不同组肝癌脊柱转移治疗后的肿瘤体积。数据以平均值±标准差表示。采用双尾学生 t 检验进行统计分析。（每组 n=5 只裸鼠；**P<0.05，***P<0.001，****P<0.0001）。d 不同组肝癌脊柱转移治疗后的肿瘤重量。数据以平均值±标准差表示。采用双尾学生 t 检验进行统计分析。 (每组 n=5 只裸鼠；**P < 0.05, ***P < 0.001, ****P < 0.0001)。e 不同组治疗期间 HCC 脊柱转移裸鼠的体重。数据以平均值±标准差表示（每组 n=5 只裸鼠）。f 不同组治疗期间 HCC 脊柱转移裸鼠的瘫痪率。数据以平均值±标准差表示（每组 n=5 只裸鼠）。g 各治疗组椎体骨质破坏的 Micro-CT 分析。h 各治疗组脊柱肿瘤区域 Micro-CT 参数分析（BMD、BV/TV、Tb.Th 和 Tb.Sp）。数据以平均值±标准差表示。采用双尾 Student’s t 检验进行统计学分析。 （每组 n = 5 只裸鼠；**P < 0.05，***P < 0.001，****P < 0.0001）纳米机器人/Thr/RSF 纳米原纤维水凝胶用于抑制肝癌脊柱转移术后复发。a 手术切除的肝癌脊柱转移复发的实验示意图。b 肝癌脊柱转移手术后肿瘤蛋白表达的蛋白质印迹分析，包括 HIF-1α、P53、Caspase-3、VEGF、CD34 和 CD31。c 蛋白质表达的定量分析，包括 HIF-1α、P53、Caspase-3、VEGF、CD34 和 CD31。数据以平均值±sd 表示。使用双尾学生 t 检验进行统计分析（n = 3 次重复；**P < 0.05，***P < 0.001，****P < 0.0001）。 d 肝癌脊柱转移瘤切除后 MHCC-97H-Luc 肿瘤的体内生物发光成像。e 肝癌脊柱转移瘤切除后复发肿瘤的体积和重量。数据以平均值±标准差表示。统计分析采用双尾学生 t 检验（每组 n=5 只裸鼠；**P<0.05，***P<0.001，****P<0.0001）。f 肝癌脊柱转移瘤切除后复发肿瘤的 Ki67 和 VEGF 免疫荧光分析。比例尺，40 μm。g 肝癌脊柱转移瘤切除后复发肿瘤的 Ki67 和 VEGF 荧光强度。数据以平均值±标准差表示。使用双尾学生 t 检验进行统计分析（n = 3 次重复；**P < 0.05，***P < 0.001，****P < 0.0001）文章来源
Nano-Micro Lett.
Pub Date : 2024-08-01
DOI : 10.1007/s40820-024-01469-3
Qing Chen 1 , Miao Yan 2,3 , Annan Hu 1 , Bing Liang 1 , Hongwei Lu 1 , Lei Zhou 1 , Yiqun Ma 1 , Chao Jia 1 , Dihan Su 1 , Biao Kong 2 , Wei Hong 4 , Libo Jiang 1,5 , Jian Dong 1,5,6